Общие вопросы применения метода БОС

НОУ «Институт биологической обратной связи»

Общие вопросы применения метода БОС

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2008

Т. С. Вартанова, А. А. Сметанкин

Очерк истории развития биологической обратной связи как метода медицинской реабилитации

Биологическая обратная связь (БОС) — это метод медицинской реабилитации, при котором человеку с помощью электронных приборов мгновенно и непрерывно предоставляется информация о физиологических показателях деятельности его внутренних органов посредством световых или звуковых сигналов обратной связи. Опираясь на эту информацию, человек может научиться произвольно изменять эти в обычных условиях неощущаемые параметры.

Первым практиком в использовании электромиографической БОС (ЭМГ БОС) все исследователи единодушно признают Эдмунда Джекобсона, одного из основателей современной теории управления стрессом, который в 1920-е годы разработал методику прогрессивной релаксации [29]. Он был ограничен в своих действиях несовершенной аппаратурой, но, тем не менее, с помощью чрескожных электродов измерял мышечное напряжение и применял эти измерения для ускорения выработки навыка соматической релаксации. Еще при его жизни методика получила широкое применение, а в современных условиях — с использованием уже новейшей электронной аппаратуры.

Скептики могут возразить, что для управления скелетными мышцами не требуется специальной аппаратуры. Если человек намерен поднять руку, наклониться или сжать кулак, он делает это произвольно. Однако, если необходимо напрячь или расслабить (последнее гораздо труднее), например, трапециевидную

3

мышцу (обычное упражнение при тренировке стрелков из пистолета) или попеременно напрягать и расслаблять мышцы тазового дна, не включая при этом мышцы брюшного пресса (упражнение при лечении недержания мочи или кала), почти всегда возникают непреодолимые трудности. Еще труднее представить себе произвольное регулирование внутренних (висцеральных) реакций организма, осуществляемых без помощи напряжения скелетных мышц, например, управление величи-

ной артериального давления.

С древних времен произвольные реакции скелетных мышц считались стоящими выше, а эмоции и непроизвольные реакции желез и внутренних органов — стоящими ниже на ступенях иерархической лестницы жизнедеятельности человеческого организма.

Это несправедливое разделение на два класса появляется уже в философии Платона — с его высшей разумной душой, находящейся в голове, и низшими душами, расположенными в теле [26]. Гораздо позже, в конце XVIII века, французский нейроанатом К. Биша [24] высказал мнение, что существует различие между «цереброспинальной нервной системой большого мозга и спинного мозга» (называемыми в настоящее время центральной нервной системой — ЦНС). управляющей скелетными реакциями, с одной стороны, и двойной цепью ганглиев (которые он называл «малыми мозгами»), проходящей вниз по обеим сторонам спинного мозга и управляющей эмоциями и висцеральными реакциями, с другой. Свое пренебрежительное отношение к ганглиозной нервной системе он выразил, назвав ее вегетативной, т. е. растительной (vegetative — растительный). Он также считал ее полностью независимой от цереброспинальной системы, что так и осталось в современном названии вегетативной нервной системы, нередко обозначаемой как «автономная».

Значительно позже, в 1932 году, Уолтер Кэннон, американский физиолог, который изучал функционирование внутренней саморегуляции человека и ввел термин «гомеостаз», пришел к выводу, что различные нервные волокна симпатической части автономной нервной системы возбуждаются одновременно и неспособны к тонким дифференцированным индивидуальным реакциям, возможным для цереброспинальной

4

системы [25]. Этот вывод до недавнего времени считался классическим и приводился во всех учебниках по физиологии.

В то же время многие (хотя и не все) психиатры различали истерические, депрессивные, маниакальные и подобные реакции и симптомы, управляемые цереброспинальной нервной системой, и психосоматические нарушения, управляемые автономной нервной системой. Первые — субъекты контроля высшего типа, вторые — только прямые физиологические следствия человеческих эмоций различного типа и интенсивности, опосредованные с помощью вегетативной нервной системы.

Подобно этому, в классической физиологии различались низшая форма обучения, называемая классическим обуславливанием (классические услов-

ные рефлексы) и считающаяся непроизвольной, и высшая форма, называемая по-разному: обучение методом проб и ошибок, оперантное обуславливание, обуславливание II типа или инструментальное обучение, и считающаяся ответственной за сознательное поведение. Примером классического обуславливания является выделение желудочного сока при виде еды у «Павловских» собачек, примером инструментального обучения — раздражение электрическим током «центра удовольствия» у крысы с вживленными в соответствующие структуры мозга электродами.

При классическом обуславливании подкреплением является безусловный стимул, вызывающий специфическую реакцию, которой надо обучить. Соответственно, возможности этого метода крайне ограничены.

При инструментальном обучении подкрепление, которое называют вознаграждением, имеет свойство усиливать любую непосредственно предшествующую ему реакцию. Поэтому воз-

можностей для подкрепления гораздо больше: данная награда может

подкреплять любую из ряда различных реакций, а данная реакция может подкрепляться любой из данного ряда наград.

И наконец, все упомянутые выше различия объединились в традиционном мнении, что высший тип инструментального обучения, включенный

ции могут быть изменены только классическим обуславливанием, а не инструментальным обучением».

С точки зрения обывателя, эти рассуждения легко подтверждаются повседневной человеческой практикой. Большинство людей весьма смут-

физиологов, прежде всего, И. М. Сеченова [15, 16] и И. П. Павлова [14] в области условно-рефлекторной деятельности, представления К. М. Быкова о кортико-висцеральных связях [5, 6], нейроанатомические данные, полученные в лаборатории В. Н. Черниговского [20], доказавшие наличие

6

представительства вегетативной нервной системы в отдельных локальных зонах коры больших полушарий. Теоретические обоснования метода БОС опираются, кроме того, на основные положения теории функциональных систем П. К. Анохина [1, 2] и теории устойчивых патологических состояний, разработанной Н. П. Бехтеревой и ее сотрудниками [3, 4]. Большую роль в разработке проблемы биологической обратной связи сыграли также работы ряда американских ученых, которые пытались модифицировать реакции внутренних органов, опосредуемые через вегетативную нервную систему, с помощью методик инструментального обучения, то есть выработки оперантных рефлексов [23, 27, 32]. Н. Е. Миллер, физиолог из США, еще в 1941 году предположил, что существует

не два, а только один тип обучения, проявляющийся по-разному в различных В. Н. Черниговский

обстоятельствах. В 1957 году он начал исследовательские работы по доказательству того, что с помощью инструментального обучения можно научить любым висцеральным реакциям, которые приобретаются за счет классического обуславливания. Сначала работы проводились на парализованных животных (крысах) с вживленными электродами и катетерами, у которых велось управление работой слюнных желез, параметрами сердечно-сосудистой системы (частотой сердечных сокращений, артериальным давлением), желудка, почек. В 1961 году результаты работы были доложены научной общественности на Симпозиуме по мотивациям в Небраске и III Всемирном конгрессе по психиатрии в Монреале.

Вэти же годы в США активно проводились исследовательские работы на добровольцах, доказывающие, что изменения таких висцеральных реакций, как частота сердечных сокращений (ЧСС), кожногальваническая реакция (КГР) и сосудистые реакции, могут быть вызваны с помощью инструментальных методик обучения.

В1969 году в американском журнале «Science» была опубликована большая статья Н. Миллера [33], которую многие специалисты в области БОС считают приоритетной. Н. Миллер рассказал в ней не только о своих опытах на крысах, но и привел результаты проведенного им исследования на парализованных больных (что исключало воздействие на управляемый параметр состояния скелетной мускулатуры), которых он обучал регулировать артериальное давление (АД). Особенно драматичным был

рассказ [13] о молодом человеке, у которого в результате травмы были парализованы нижние конечности, но который горел желанием научиться ходить на костылях. К сожалению, он страдал постуральной гипотонией: когда его поднимали в вертикальное положение, у него так резко падало давление, что он от слабости не мог сохранять вертикальное положение тела. Тогда Н. Миллер попытался научить его повышать свое АД с помощью «инструментального обучения». На руку больному надевали манжету, контролирующую минимальное АД (диастолическое). При отклонении давления в нужном направлении (в данном случае — при превышении), раздавался звуковой сигнал, свидетельствующий об успешном выполнении задания. По мере нарастания успеха задание усложнялось. Так этот больной научился повышать свое кровяное давление на 30 мм рт. ст. Он пользовался этим навыком, когда его ставили в вертикальное положение, и в дальнейшем обучился ходьбе на костылях.

По Н. Миллеру, при инструментальном обучении происходит непрерывное измерение физиологического параметра, изменения значения которого подаются пациенту в виде понятного для последнего сигнала. При этом у пациента должна быть выраженная мотивация на успешное выполнение задания, данного инструктором. Таким образом, практически осуществляется методика биологической обратной связи. «По существу, Н. Миллер как основоположник висцерального обучения прямо указывал на развитие идей оперантного обучения и претворения основ-

ных положений кортико-висцеральной теории в формирование направления БОС, его внедрение в клинику» [21].

Справедливости ради необходимо отметить, что первые опыты по произвольному регулированию висцеральных реакций проводились в России. Так, профессор Военно-медицинской академии И. Р. Тарханов еще в 1885 году [35] предлагал испытуемому повышать ЧСС, одновременно звуковым сигналом ему подавалась информация о каждом ударе пульса (к сожалению, при этом

не было устранено влияние скелетных И. Р. Тарханов мышц). Более того, И. Р. Тарханов заме-

тил, что лучше всего регулируют свои висцеральные реакции те испытуемые, которые могли произвольно сокращать группы мышц, обычно не управляемые (например, могут шевелить ушами). Поэтому нельзя

8

сказать, что это был чистый эксперимент по переводу непроизвольных реакций в произвольные.

Ивсе-таки первая публикация, которую можно по праву отнести

кБОС, появилась в 1955 году также в

ми вазомоторными реакциями, то есть произвольно сужать или расширять кровеносные сосуды. Информация об объеме сосудов подавалась испытуемому в виде звукового сигнала. При расширении сосудов высота звука понижалась, а при сужении повышалась. При отключении звукового сигнала все, кто прошел тренировку по управлению вазомоторными реакциями, оказались способными практически сразу сужать или расширять сосуды в ответ на словесную инструкцию экспериментатора.

Что касается самого термина «биологическая обратная связь», то приоритет в этом вопросе принадлежит психофизиологам США. Впервые в широкой литературе он появился в 1963 году в работе Дж. Басмаджана [22], посвященной обучению управлению электрической активностью, снимаемой с отдельного мышечного волокна. С помощью игольчатого электрода снималась электрическая активность мышечного волокна, затем она усиливалась и подавалась на осциллограф. Кривая на экране осциллографа являлась сигналом визуальной обратной связи (visual feedback). Преобразованный сигнал электрической активности подавался на громкоговоритель, громкость звука которого менялась с изменением электрической активности. Этот звук являлся сигналом звуковой обратной связи (aural feedback). Испытуемые обучались напрягать и расслаблять отдельное мышечное волокно в нужном ритме.

монитор

осциллоскопа

осциллоскоп и камера

громкоговоритель

предусилитель

магнитофон

Схема установки для проведения сеансов тренировки отдельных мышечных волокон по Дж. Басмаджану [22].

Необходимо отметить, что после этой работы Дж. Басмаджана исследователи все чаще стали применять вместо терминов «оперантное обусловливание» или «инструментальное обучение» термин «биологическая обратная связь».

В 1969 году в США в городе Санта-Моника (Калифорния) группа энтузиастов-исследователей, большинство из которых не знали друг друга лично, но в своих работах придерживались одной и той же тематики, основала Исследовательское общество биологической обратной связи (The Biofeedback Research Society), целью которого являлось объединение профессионалов, работающих в области БОС. Один из основателей общества Дж. Басмаджан и предложил его название.

После 1969 года уже очень редко можно встретить работы, посвященные исследованию БОС, где вместо БОС употреблялись бы термины оперантного или инструментального обучения, причем это обстоятельство нельзя объяснить только удобством нового термина. Дело в том, что невозможно полностью отождествить БОС и оперантное обучение. Обратная связь, подаваемая при оперантном обучении, имеет форму неотвратимого награждения или наказания, которые предназначены для создания мотивации на формирование желаемого поведения. При осу-

ществлении БОС информация подается пациенту обычно в форме звуков

10